Hallo µC Gemeinde, ich möchte einen BLDC Motor mit einer 3phasigen Vollbrücke in Betrieb nehmen. Nach intensiver Recherche und zahlreichen Application Notes, denke ich nun die Problematik umrissen zu haben. Eine Regelung muss nicht existieren, das Ganze ist ein Anschauungsobjekt und es reicht, wenn das Drehfeld in der Frequenz langsam hochgefahren wird und keine Lastwechsel auftreten. So wie ich das ganze sehe, existieren 3 Möglichkeiten zur Umsetzung (bitte korrigiert mich): 1. Umrichterbetrieb mit Grundfrequenztaktung -> Schlechte Strom-/Spannungsform -> Drehmomentwelligkeit, hohe Blindleistung im Statorsystem Frequenz variabel, Amplitude fest gemäß Fourierspektrum -Leichte Umsetzung, da wenige Schaltvorgänge 2. Grundfrequenztaktung + Modulation/Austastung des Sinusmittelwertes -> Sinusförmige Strangspannungen / sinusähnliche Strangströme -> geringere Drehmomentwelligkeit. Variable Frequenz / Amplitude -Umsetzung mit Sinustabelle, Modulationsfrequenz beliebig genau 3. Raumzeigermodulation. Eleganteste Methode, Eierlegendewollmilchsau -Rechenintensiv 4. Ansteuerung nach "AVR447", d.h. immer eine Halbrücke floaten lassen und sinus Halbwellen an den Strängen erzeugen, die nach Außen an den Klemmen aber einen schönen Sinus konstruieren. Meine Frage nun, welche Methode würde ihr für eine ungeregelte Lösung empfehlen? Ich tendiere ja zu Nr 2. Was ich mich weiterhin frage: Nr3. und Nr4. sind doch von der Verschaltung der Stränge abhängig und alle Beispiele auf eine Sternschaltung bezogen. Funktioniert das auch in Dreiecksschaltung?
Hallo, Diseq schrieb: > 1. Umrichterbetrieb mit Grundfrequenztaktung -> Schlechte > Strom-/Spannungsform -> Drehmomentwelligkeit, hohe Blindleistung im > Statorsystem > Frequenz variabel, Amplitude fest gemäß Fourierspektrum Das verstehe ich nicht. Von welcher Amplitude schreibst Du? Strom oder Spannung? Die Spannungsamplitude lässt sich über Pulsweitenmodulation der Halbbrücken problemlos einstellen und damit dann auch der Strom. Was verstehst Du unter Blindleistung im Statorsystem? Ich sehe nur Oberschwingungen, die prinzipiell unerwünscht sind. > -Leichte Umsetzung, da wenige Schaltvorgänge Verstehe ich auch nicht. Wenn Du jede der drei Halbbrücken mit einem eigenen Pulsweitenmodulator ausstattest, dann macht es keinen Unterschied, ob Du 120°-Spannungsblöcke oder Sinsushalbschwingungen an die Maschine anlegst. > 2. Grundfrequenztaktung + Modulation/Austastung des Sinusmittelwertes -> > Sinusförmige Strangspannungen / sinusähnliche Strangströme -> geringere > Drehmomentwelligkeit. Variable Frequenz / Amplitude Leider stimmt das so auch nicht. Die Polradspannung der Maschine beeinflusst den Stromverlauf ebenfalls oder eine läuferlageabhängige Induktivität. Eine Sinusmodulation der Halbbrücken bringt somit nicht notwendigerweise Vorteile. Enbenso kann man nicht pauschal sagen, dass Oberschwingungen in Strom und Klemmen-Spannung die Drehmoment-Welligkeit verschlechtern. Das geschieht nur, wenn eine Stromoberschwingung auf eine Oberschwingung der Polradspannung trifft, wobei beide die selbe Ordnung besitzen müssen. > 3. Raumzeigermodulation. Eleganteste Methode, Eierlegendewollmilchsau Wenn man die erforderliche Rechenleistung und die entsprechende Auflösung des Lagegebers und der Strommessung hat, dann ist das sicherlich die beste Lösung. > 4. Ansteuerung nach "AVR447", d.h. immer eine Halbrücke floaten lassen > und sinus Halbwellen an den Strängen erzeugen, die nach Außen an den > Klemmen aber einen schönen Sinus konstruieren. In diesem Verfahren sehe in Verbindung mit den üblichen Maschinen keinen Vorteil ggü. dem 120°-Blockspannungs-Verfahren. Einzig und allein bei Maschinen mit extrem geringer Induktivität und einem sehr "spitzen" Verlauf der Leerlaufspannung (also kein trapezförmiger Verlauf, sondern sinus-ähnlich, aber mit spitzer Kuppe) macht dieses Verfahren Sinn (wobei ich aber am Sinn einer solchen Maschinenauslegung zweifeln möchte). Nicht alles was "neuartig" ist, ist auch immer besser. :-( > Meine Frage nun, welche Methode würde ihr für eine ungeregelte Lösung > empfehlen? Ich tendiere ja zu Nr 2. Mach' wozu Du Lust hast ;-) Was soll ich Dir empfehlen, wenn ich weder die Maschine noch Deine Randbedingungen kenne? > Was ich mich weiterhin frage: Nr3. und Nr4. sind doch von der > Verschaltung der Stränge abhängig und alle Beispiele auf eine > Sternschaltung bezogen. > Funktioniert das auch in Dreiecksschaltung? Du kannst bei einer el. Maschine von außen (nur durch Messung an den drei Phasen-Klemmen) nicht unterscheiden ob sie in Stern oder Dreieck verschaltet ist. Also hat das auch keinen Einfluss auf das Verhalten des Umrichters. Man kann jedoch nicht jede Maschine in Dreieckschaltung sinnvoll betreiben. Stichwort: 3. Harmonische der Polradspannung. Grüßle, Volker.
Danke für die Antwort. Mit der ersten Methode meine ich in etwa das, was du mit den 120° Spannungsblöcken andeuten möchtest. Allerdings ergeben sich bei Sternschaltung Spannungswerte von +-1/3Uzk und +-2/3Uzk an den Motorsträngen (vgl. http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzumrichter_mit_Raumzeigermodulation "Steuerprogramm"). Daher würde ich nicht 120° sondern 40° Blöcke verwenden, die Flanken werden dann durch die 1/3Uzk besser moduliert. Für Dreiecksschaltung liegt jedoch die volle Zwischenkreisspannung an, weshalb ich dachte, dass eine Modulation hierdurch schwieriger wird. Das mit der Blindleistung war vielleicht ein Overkill, allerdings sorgen Stromoberschwingungen im Statorsystem tatsächlich für Pendelmomente an der Achse. Diese bereits mechanische Blindleistung übeträgt sich auch in das elektrische System. Wieso sollte man ansonst mit der Modulation einen möglichst perfekt sinusförmigen Stromverlauf erreichen wollen? Jedenfalls möchte ich den Sinus sehen, sei es als Averaging Wert der Spannung am Oszilloskop, oder als Strom durch die Motorstränge. Würde ich das ganze nicht als Aufbau für eine Firma machen, dann hätte ich als praktisch orientierter Modellbaufreund auch mit Blöcken angesteuert. Dennoch danke, dass du deinen Senf dazu abgegeben hast :)
Diseq schrieb: > Daher würde ich nicht 120° sondern 40° Blöcke > verwenden, die Flanken werden dann durch die 1/3Uzk besser moduliert. Da sehe ich keinen Vorteil Schlussendlich interessiert sowieso nur die Grunschwingungsamplitude der angelegten Spannung (Fourrier). Da ist der Einfluss der Rampen nicht sonderlich groß. > Für Dreiecksschaltung liegt jedoch die volle Zwischenkreisspannung an, > weshalb ich dachte, dass eine Modulation hierdurch schwieriger wird. Wenn Du die selbe Maschine einmal in Y- und das andere Mal in D-Schaltung betreibst (und den Lagegeber jedes Mal richtig justierst), dann wirst Du als einzigen Unterschied feststellen, dass die D-Schaltung zu einer höheren Drehzahl führt. Ansonsten sind die Verhältnisse identisch (wenn die Polradspannung der Maschine keine Kreisströme in der D-Schaltung treibt). > allerdings sorgen > Stromoberschwingungen im Statorsystem tatsächlich für Pendelmomente an > der Achse. Nur wenn die induzierte (oder in guter Näherung die Polradspannung) eine entsprechende Oberschwingung besitzt. > Diese bereits mechanische Blindleistung übeträgt sich auch in > das elektrische System. :-) Versuch mal den Begriff der mech. Blindleistung einem Maschinenbauer zu erklären -- ich bin kläglich gescheitert :-) > Wieso sollte man ansonst mit der Modulation > einen möglichst perfekt sinusförmigen Stromverlauf erreichen wollen? Weil man die elektrische Maschine nicht verstanden hat :-( ... oder eine Asynchronmaschine (ASM) betreiben will. Da Du aber explizit von einem BLDC-Antrieb geschrieben hast, gehe ich bei Deiner Anwendung von einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine (PM-SM) aus. Da haben die Oberschwingugen im Strom andere Auswirkungen als bei der ASM. > Jedenfalls möchte ich den Sinus sehen, sei es als Averaging Wert der > Spannung am Oszilloskop, oder als Strom durch die Motorstränge. Was denn jetzt, Spannung oder Strom? > Würde ich das ganze nicht als Aufbau für eine Firma machen, dann hätte > ich als praktisch orientierter Modellbaufreund auch mit Blöcken > angesteuert. Natürlich kannst Du die drei Halbbrücken so ansteuern, dass sich ein sinusförmiger Stromverlauf ergibt. Also einfach für jede Halbbrücke bzw. jeden Maschinenstrang einen Stromregler implementieren. Aber, dass sich bei Speisung mit sinusförigen Spannungen automatisch ein sinusförmiger Stromverlauf ergibt, wage ich zu bezweifeln, wg. folgender Effekte: 1. Oberschwingungen der Maschinenspannung (Polradspannung) 2. Sättigung 3. Rotorlageabhängige Induktivitäten Grüßle, Volker.
Mit sinusförmig erwarte ich keinen tollen sinus. Es reicht auch schon ein Dreieck, welches mit viel Vorstellungskraft danach aussieht. Zum Motor: Ich wollte zuerst eine PMSM verwenden, allerdings sind Servomotore in der Bauweise, in der ich sie brauche und vor allem dem Spannungsbereich ziemlich teuer. Daher werde ich einen Brushless DC Motor verwenden. Liege ich überhaupt richtig in der Annahme, dass der BLDC sich von der PMSM lediglich in der Statorwicklung unterscheidet? Bei einer PMSM erwarte ich eine kontinuirlich verteilte Drehstromwicklung, während der BLDC im Prinzip konzentrierte Wicklungen besitzt, wie ein DC Motor, allerdings je nach Polpaarzahl phasenversetzt? Versteh mich nicht falsch, die Blocksteuerung würde ich dankend annehmen, wenn nicht explizit nach etwas anderem verlangt würde.
Diseq schrieb: > Zum Motor: Ich wollte zuerst eine PMSM verwenden, allerdings sind > Servomotore in der Bauweise, in der ich sie brauche und vor allem dem > Spannungsbereich ziemlich teuer. Mit ein bisschen Glück bekommt man sie bei eBay recht günstig -- ich hatte schon zwei Mal Erfolg. :-) > Liege ich überhaupt richtig in der Annahme, dass der BLDC sich von der > PMSM lediglich in der Statorwicklung unterscheidet? Oh je, das definiert jeder so er es will. Für mich ist jede elektrische Maschine, die über eine Drehfeldwicklung im Stator und ein Erregersystem im Polrad verfügt eine Synchronmaschine, also auch die Maschinen, aus denen idR. BLDC-Antriebe gebaut werden. > Bei einer PMSM > erwarte ich eine kontinuirlich verteilte Drehstromwicklung, während der > BLDC im Prinzip konzentrierte Wicklungen besitzt, wie ein DC Motor, > allerdings je nach Polpaarzahl phasenversetzt? Nein, diese Unterscheidung gibt es in dieser Form nicht. Ich habe schon Motoren aus BLDC-Antrieben gesehen, deren Wicklungsstränge aus jeweils drei Durchmesserspulen bestanden oder auch Maschinen für Hybridfahrzeuge, die Einzelzahnwicklungen besaßen, also gesehnte Wicklungen, wie man sie eigentlich nur aus Kleinmaschinen kennt. > Versteh mich nicht falsch, die Blocksteuerung würde ich dankend > annehmen, wenn nicht explizit nach etwas anderem verlangt würde. Kein Problem :-) An Deiner Stelle würde ich mir einen Mikrocontroller mit dreikanaligem Pulsweitenmodulator suchen und damit die drei Halbbrücken des Umrichters ansteuern. Der Stromverlauf in den drei Strängen wird dann besonders "schön", wenn Du die drei PW-Modulatoren gegeneinander um jeweils 120° in der Phase verschiebst (der Stromripple hat dann die dreifache PWM-Trägerfrequenz). Wenn Deine Anforderungen an die Oberschwingungen im Strom so gering sind, dann genügt es wirklich, sinusförmige Spannungen vorzugeben. Wenn Du die Zwischenkreisspannung besonders gut ausnutzen willst, dann wendest Du das Unterschwingungsverfahren an, indem Du auf Deine Sinus-Spannung noch eine 3. Oberschwingung modulierst, die den Sinus "abplattet". Stromoberschwingungen mit der Ordnungszahl 3 (und deren Vielfache) können durch den Umrichter nicht in einer Drehstromwicklung erzeugt werden. Was hast Du für einen Lagegeber an der Maschine? Der sollte dann auch so gut auflösen, dass Du jeder Halbwelle eine vernünftige Anzahl an Stützwerten verpassen kannst. Die Sinus-Kurve würde ich als Tabelle ablegen und dabei die Symmetrie ausnutzen, also nur eine Viertelsperiode. Ggf. kann man ja zwischen zwei Stützwerten (linear) interpolieren, wenn Dein Lagegeber sehr hoch auflöst.
Es besteht keine Anforderung an eine Regelung, es reicht wenn der Benutzer die Maschine mit einem POTI langsam auf touren bringen kann. Die Applikation soll den Umrichter in Szene setzen. Daher wert eich keinen Lagegeber aus, die Maschine wird meinem Umrichter schon folgen. Die Modulation mache ich nun mit der Tabelle, wie du sie ja auch vorschlägst. Es ist auch kein großes Ding hier die 3. harmonische zu überlagern. Der Controller ist wie gesagt der AT90PWM3B und daher bestens für das Vorhaben geeignet ;)
OK, wenn Du die Maschine fequenzgeführt betreiben willst, also ohne Lagegeber, dann scheidet die 120°-Blockkommutierung definitiv aus. Sonderlich stabil wird die Maschine im frequenzgeführten Betrieb nicht sein. Bei Lastsprüngen oder hoher Drehzahl wird sie sich aufschaukeln.
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